高速高精度レーザ追跡に向けた光学中心アライメント

概要

レーザ光線を運動対象の所定の位置に当て続ける技術は， 自由空間光通信やレーザ加工・造形など，様々な場面での需要が期待される． 一般に三次元的に運動する対象を追跡しレーザ光を投影するには， マルチカメラやレーザ駆動系の三次元的な校正が必要となるが， トラッキング用の高速カメラの光学中心とレーザ駆動系の回転中心の位置が一致すると， 二次元的な認識処理だけで追跡投影が可能となり三次元的校正が不要となる． そのため広範囲のレーザ追跡投影が容易になるが， その光学中心を目視や手動のみで精密に一致させることは難しい．

本研究では，高速高精度なレーザ追跡に向けて， ガルバノミラーによるレーザ駆動系と高速カメラとの光学中心位置に対するインタラクティブな高精度校正手法（図1）を提案する． 異なる奥行き位置のスリットを含むスクリーンに対する円軌道投影を用いて， 画像処理により各スクリーン上での円パラメータのズレを可視化（図2）し，並進方向の高精度なアライメントを実現する． 実験的にサブピクセル精度の校正精度（図3）や，高速かつ高精度なレーザトラッキング投影（図4）を可能とする． 当研究室で開発した1msオートパン・チルト技術による 追跡的光線投影や 振動触覚共有システムと比較して， 相対的に安価で小型なモジュールによるレーザ追跡を可能とするため，複数台への高い拡張性を有する． 対象の運動の予測が難しい状況での自由空間光通信やレーザ加工などの産業応用が期待される．

なお，本内容は日本電気株式会社との共同研究の成果に基づくものである．

図1 校正システム	図2 円検出画像処理
図3 アライメント結果	図4 高速高精度レーザ追跡

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参考文献

1. Tomohiro Sueishi, Keiko Yokoyama, and Masatoshi Ishikawa: Calibration of Optical Center Alignment between a High-Speed Camera and Galvanometer Mirrors for High-Precision Laser Tracking, 2026 IEEE/SICE International Symposium on System Integration (SII2026) (Cancun, 2026.1.13)/Proceedings, pp. 645-650